中斷優(yōu)先級(jí)的作用方式是什么？

當(dāng)多個(gè)同級(jí)別中斷同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，單片機(jī)中斷系統(tǒng)將按照自然優(yōu)先級(jí)別進(jìn)行中斷排序，并首先響應(yīng)其中自然優(yōu)先級(jí)別最高的中斷。

當(dāng)CPU收到中斷請(qǐng)求后，能根據(jù)具體情況決定是否響應(yīng)中斷，如果CPU沒有更急、更重要的工作，則在執(zhí)行完當(dāng)前指令后響應(yīng)這一中斷請(qǐng)求。CPU中斷響應(yīng)過程如下：首先，將斷點(diǎn)處的PC值(即下一條應(yīng)執(zhí)行指令的地址)推入堆棧保留下來，這稱為保護(hù)斷點(diǎn)，由硬件自動(dòng)執(zhí)行。然后，將有關(guān)的寄存器內(nèi)容和標(biāo)志位狀態(tài)推入堆棧保留下來，這稱為保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，由用戶自己編程完成。保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)后即可執(zhí)行中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完畢，CPU由中斷服務(wù)程序返回主程序，中斷返回過程如下：首先恢復(fù)原保留寄存器的內(nèi)容和標(biāo)志位的狀態(tài)，這稱為恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，由用戶編程完成。然后，再加返回指令RETI，RETI指令的功能是恢復(fù)PC值，使CPU返回?cái)帱c(diǎn)，這稱為恢復(fù)斷點(diǎn)。恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)和斷點(diǎn)后，CPU將繼續(xù)執(zhí)行原主程序，中斷響應(yīng)過程到此為止。

優(yōu)先權(quán)排隊(duì)

通常，系統(tǒng)中有多個(gè)中斷源，當(dāng)有多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，要求計(jì)算機(jī)能確定哪個(gè)中斷更緊迫，以便首先響應(yīng)。為此，計(jì)算機(jī)給每個(gè)中斷源規(guī)定了優(yōu)先級(jí)別，稱為優(yōu)先權(quán)。這樣，當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，優(yōu)先權(quán)高的中斷能先被響應(yīng)，只有優(yōu)先權(quán)高的中斷處理結(jié)束后才能響應(yīng)優(yōu)先權(quán)低的中斷。計(jì)算機(jī)按中斷源優(yōu)先權(quán)高低逐次響應(yīng)的過程稱優(yōu)先權(quán)排隊(duì)，這個(gè)過程可通過硬件電路來實(shí)現(xiàn)，亦可通過軟件查詢來實(shí)現(xiàn)。

中斷優(yōu)先級(jí)的作用方式如下：

1)單片機(jī)處理高級(jí)別中斷時(shí)，無法處理新產(chǎn)生的高級(jí)別或低級(jí)別中斷請(qǐng)求。高級(jí)別中斷的中斷服務(wù)處理程序結(jié)束并通過指令RETI返回時(shí)，RETI指令將通知CPU高級(jí)別中斷已處理完畢，單片機(jī)又可以響應(yīng)新的高級(jí)別中斷請(qǐng)求。

2)單片機(jī)處理低級(jí)別中斷時(shí)，無法響應(yīng)和處理新產(chǎn)生的低級(jí)別中斷請(qǐng)求。但是，若新產(chǎn)生的是高級(jí)別中斷請(qǐng)求，則單片機(jī)將暫停當(dāng)前的低級(jí)別中斷服務(wù)處理程序，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行新產(chǎn)生的高級(jí)別中斷請(qǐng)求的中斷服務(wù)處理程序。該過程就是所謂的中斷嵌套，如圖4-2所示。此后與作用1)中的描述類似，中斷系統(tǒng)不再響應(yīng)其他高級(jí)別中斷請(qǐng)求。當(dāng)嵌套的高級(jí)別中斷服務(wù)處理程序結(jié)束返回后，之前被暫時(shí)中斷的低級(jí)別中斷服務(wù)處理程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行。最后，該低級(jí)別中斷的處理程序結(jié)束并通過RETI返回主程序，同時(shí)RETI指令將通知CPU低級(jí)別中斷已處理完畢，可以重新開放單片機(jī)對(duì)低級(jí)別中斷請(qǐng)求的響應(yīng)。

圖4-2中斷嵌套圖解

綜上所述，MCS-51單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)別，允許兩級(jí)中斷嵌套，其中斷優(yōu)先級(jí)別的控制原則為：

1)正在被處理的中斷能夠被新的高級(jí)別的中斷請(qǐng)求所中斷。

2)正在被處理的中斷不能被新的同級(jí)別的和低級(jí)別的中斷請(qǐng)求所中斷。

3)自然優(yōu)先級(jí)別僅用于多個(gè)同級(jí)別中斷請(qǐng)求同時(shí)發(fā)生時(shí)，其作用是確定這些同級(jí)別中斷中，哪一個(gè)中斷應(yīng)該被優(yōu)先處理。

為了避免將自然優(yōu)先級(jí)別與中斷優(yōu)先級(jí)別(僅包含高優(yōu)先級(jí)別和低優(yōu)先級(jí)別)相混淆，現(xiàn)舉例說明。

【例4-1】中斷自然優(yōu)先級(jí)別的使用。請(qǐng)分別回答以下兩個(gè)問題。

問題1：假設(shè)單片機(jī)當(dāng)前沒有處理任何中斷，并且所有中斷源均被設(shè)置為高級(jí)別中斷(即PX0=1、PT0=1、PX1=1、PT1=1和PS=1)，則若外部中斷0和串口同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求，哪個(gè)中斷請(qǐng)求會(huì)被單片機(jī)優(yōu)先處理?

解：外部中斷0將被單片機(jī)優(yōu)先處理。因?yàn)樗兄袛嘣炊急辉O(shè)定為高級(jí)別中斷，所以當(dāng)它們同時(shí)發(fā)生中斷請(qǐng)求時(shí)，單片機(jī)將按照表4-5所示的自然優(yōu)先級(jí)別對(duì)外部中斷0和串口中斷排序，并且外部中斷0因?yàn)槠渥匀粌?yōu)先級(jí)別高于串口中斷而被單片機(jī)優(yōu)先處理。

問題2：假設(shè)所有中斷源均被設(shè)置為高級(jí)別中斷(即PX0=1、PT0=1、PX1=1、PT1=1和PS=1)，并且單片機(jī)當(dāng)前正在處理串口中斷，則若外部中斷0和外部中斷1同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求，哪個(gè)中斷請(qǐng)求會(huì)被單片機(jī)處理?

解：這兩個(gè)中斷都不會(huì)被單片機(jī)處理。因?yàn)?，?dāng)前正被單片機(jī)處理的串口中斷是高級(jí)中斷，并且新發(fā)生的中斷請(qǐng)求的外部中斷0和外部中斷1也都是高級(jí)別中斷，而一個(gè)中斷不能被同級(jí)別中斷打斷。